5答案细菌和噬菌体的遗传分析.docx
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5答案细菌和噬菌体的遗传分析
细菌和噬菌体的遗传分析
习题一
一、填空题
1、Hfr,F因子
2、整合或游离于细菌染色体上或之外附加体
3．末端
4．裂解重组体合子诱导
5、一次单交换
6、Hfr,F因子，细菌
7、溶菌，r＋斑、r斑
8、高频重组，广泛性转导
9、F+F+
二、解释下列名词：
F-菌株：
未携带F因子的大肠杆菌菌株。
F+菌株：
包含一个游离状态F因子的大肠杆菌菌株。
Hfr菌株：
包含一个整合到大肠杆菌染色体组内的F因子的菌株。
F因子：
大肠杆菌中的一种附加体，控制大肠杆菌接合过程而使其成为供体菌的一种致育因子。
F'因子：
整合在宿主细菌染色体上的F因子，在环出时不够准确而携带有染色体一些基因的一种致育因子。
烈性噬菌体：
侵染宿主细胞后，进入裂解途径，破坏宿主细胞原有遗传物质，合成大量的自身遗传物质和蛋白质并组装成子噬菌体，最后使宿主裂解的一类噬菌体。
温和性噬菌体：
侵染宿主细胞后，并不裂解宿主细胞，而是走溶原性生活周期的一类噬菌体。
溶原性细菌：
含有温和噬菌体的遗传物质而又找不到噬菌体形态上可见的噬菌体粒子的宿主细菌。
部分二倍体：
当F+和Hfr的细菌染色体进入F-后，在一个短时期内，F-细胞中对某些位点来说总有一段二倍体的DNA状态的细菌。
三、选择题
1-5、dbdbc
6-10、ACABA
四、问答题
2．为什么说细菌和病毒是研究遗传学的好材料？
答：
与其他生物体相比，细菌和病毒能成为研究遗传学的好材料，具有以下7个方面的优越性：
（1）世代周期短：
每个世代以min或h计算，繁殖速度快，大大缩短了实验周期。
（2）易于管理和进行化学分析个体小，繁殖方便，可以大量节省人力、物力和财力；且代谢旺盛，繁殖又快，累积大量的代谢产物。
（3）便于研究基因的突变细菌和病毒均属于单倍体，所有突变都能立即表现出来，不存在显性掩盖隐性的问题。
（4）便于研究基因的作用通过基本培养基和选择培养基的影印培养，很容易筛选出营养缺陷型，利于生化[研究。
（5）便于基因重组的研究通过细菌的转化、转导和接合作用，在一支试管中可以产生遗传性状不相同的后代。
（6）便于用于研究基因结构、功能及调控机制的材料细菌和病毒的遗传物质简单，基因定位和结构分析等易于进行且可用生理生化方法进行基因的表达和调控分析。
（7）便于进行遗传操作细菌质粒和病毒作为载体，已成为高等生物的分子遗传学研究和生物工程的重要工具。
3．试比较大肠杆菌和玉米的染色体组。
答：
大肠杆菌属于原核生物、而玉米是真核生物，二者基因组存在很大的区别：
⑴.基因组大小不同：
大肠杆菌DNA以单个染色体的形式存在，长约1100μm，分子量约为2.6×109；玉米以10对染色体存在（n=10），基因组非常庞大。
⑵.染色体组成不同：
大肠杆菌DNA不与组蛋白结合，也不形成核小体结构，是一个封闭的大环结构；而玉米DNA与组蛋白结合，形成典型的核小体结构，呈直线排列，并多级折叠成光学显微镜下可见的染色体结构。
⑶.大肠杆菌的基因发生突变，在当代个体中即可表现出来，而在玉米中基因组中则存在基因的显隐性关系。
⑷.DNA合成时期不同：
大肠杆菌DNA在整个细胞生长过程中都可进行，而玉米DNA只在细胞周期的S期合成。
⑸.复制起点不同：
大肠杆菌只有一个复制起点，在而玉米存在多个复制起点。
⑹.DND组成不同：
大肠杆菌中一般由单一序列组成，且基因的排列方式非常紧凑，存在重叠基因现象；而玉米中则存在大量的重复序列，许多基因以基因家族方式存在。
4．对两个基因的噬菌体杂交所测定的重组频率如下：
a-b+×a+b-
3.0%
a-c+×a+c-
2.0%
b-c+×b+c-
1.5%
试问:
（1）a、b、c3个突变在连锁图上的次序如何？
为什么它们之间的距离不是累加的？
（2）假定三因子杂交，ab+c×a+bc+，你预期哪种类型的重组体频率最低？
（3）计算从⑵所假定的三因子杂交中出现的各种重组类型的频率。
答：
⑴.a、b、c3个突变在连锁图上的次序为右图，由于噬菌体的DNA是环状结构，而不是线状排列，因此它们之间的距离不是累加的。
⑵.根据⑴的三个基因间的连锁距离可知，基因间重组率较低的是ac和bc，因此ab+c+和a+bc两种类型的重组体频率最低。
⑶.根据⑴的重组率可知：
c基因在中间：
bc间单交换产生acb和a+c+b+的频率共为1.5%；
ac间单交换产生a+cb+和ac+b的频率共为2.0%；
双交换ac+b+和a+cb的频率共为0.03%。
5．噬菌体三基因杂交产生以下种类和数目的后代：
+++
235
pqr
270
pq+
62
p++
7
+q+
40
p+r
48
+qr
4
++r
60
共：
726
试问：
（1）这一杂交中亲本噬菌体的基因型是什么？
（2）基因次序如何？
（3）基因之间的图距如何？
答：
（1）这一杂交中亲本基因型是+++和pqr；
（2）根据杂交后代中双交换类型和亲本基因型，便可推断出基因次序为：
qpr或rpq；
（3）基因之间的图距：
类型
基因型
数目
比例（％）
重组率（％）
亲本类型
+++
235
505
pqr
270
单交换型I
pq+
62
122
16.8
√
√
++r
60
单交换型II
p+r
48
88
12.1
√
√
+q+
40
双交换型
p++
7
11
1.5
√
√
+qr
4
共：
726
18.3
13.6
29
pr之间的遗传距离为18.3遗传单位；pq之间的遗传距离为13.6遗传单位；因为有双交换的存在，qr之间的遗传距离为：
28.9＋2×1.5=31.9遗传单位。
6．试比较转化、接合、转导、性导在细菌遗传物质传递上的异同。
答：
这四种现象的相同之处是：
都是细菌的遗传物质DNA在不同的细菌细胞之间传递，从而使受体细胞遗传物质发生重组。
不同之处是：
转化是裸露的DNA直接与处于感受态的细胞之间的互作，进入受体细胞，发生重组；接合是由于F因子的整合产生Hfr菌株，在F因子进行转移时，供体菌遗传物质也被带入受体菌，实现重组；性导是Hfr菌株中F因子的错误环出，产生了携带有供体菌遗传物质的F'因子，接合时随F'因子的转移而使供体菌遗传物质导入到受体菌中；转导是细菌的一段染色体被错误地包装在噬菌体的蛋白质外壳内，并通过感染而转移到另一个受体菌内。
7．7．假定你证明对过去一个从未描述过的细菌种有遗传重组，如使ab+菌株与a+b菌株混合培养，形成a+b+、ab的重组类型，试说明将采用哪种方式来确定这种重组是转化、转导还是接合的结果。
答：
参照戴维斯的U型管试验，将两菌株放入培养，后代中发现如无重组类型，则该遗传重组类型为接合产生的；后代中如有重组类型，可能是转化或转导产生的；可进一步试验，在U型管中加入DNA酶，检测后代有无重组，如无重组则为该类型为转化产生的，如有则是转导产生的。
8．在接合实验中，Hfr菌株应带有一个敏感的位点（如azis或strs），这样，在发生接合后可用选择培养基消除Hfr供体。
试问这个位点距离Hfr染色体的转移起点（O）应该远还是近，为什么？
答：
这个位点距离Hfr染色体的转移起点（O）应该是远。
因为如这个敏感位点距转移起点（O）近情况下，Hfr菌株的基因从原点处开始进入受体菌，使得敏感位点较早地重组进受体菌中，在中断杂交后，除去Hfr菌株的同时也除去了重组有敏感位点的重组个体，这样就无法检测敏感位点之后的基因重组距离了。
9.供体菌株为Hfrarg-leu+aziSstrS，受体菌株F-arg+leu-aziRstrS。
为检出和收集重组体F-arg+leu+aziR，应用下列哪一种培养基可以完成这一任务，为什么其它的培养基不可以？
⑴.基本培养基加链霉素，⑵.基本培养基加叠氮化钠和亮氨酸，⑶.基本培养基加叠氮化钠，⑷.选择培养基中不加精氨酸和亮氨酸，加链霉素，⑸.基本培养基加链霉素和叠氮化钠。
答：
3号培养基合适，因为：
1号培养基，所有菌株均为链霉素敏感，在该培养基中将抑制所有的菌株；2号培养基，无法区分重组体和受体菌；3号培养基，加叠氮化钠可以抑制供体菌的生长，同时又不加亮氨酸，受体菌也无法生长；4号培养基中，加链霉素将抑制所有菌株；5号培养基，加链霉素也将将抑制所有菌。
10．大肠杆菌3个Hfr菌株利用中断交配技术，分别与营养缺陷型F-菌株交配，获得下表结果：
供体位点
进入时间（min）
HfrP4X
HfrKL98
HfrRa-2
gal+
11
67
70
thr+
94
50
87
xyl+
73
29
8
lac+
2
58
79
his+
38
94
43
ilu+
77
33
4
arg+
62
18
19
试利用上述资料建立一个大肠杆菌染色体图，包括以min表示的图距。
并标出各Hfr菌株F因子的插入位点及转移方向。
答：
根据上表结果可知各基因位点在不同菌株中的排列顺序：
菌株
供体位点
HfrP4X
lac+
gal+
his+
arg+
xyl+
ilu+
thr+
HfrKL98
arg+
xyl+
ilu+
thr+
lac+
gal+
his+
HfrRa-2
ilu+
xyl+
arg+
his+
gal+
lac+
thr+
11．利用大肠杆菌菌株杂交，一个是a+b+c-d+，另一个是a-b-c+d-。
从重组体中选择b+c+基因，而不选a及d的等位基因，当检查b+c+时，大部分都是a-d-。
试问：
⑴.哪一个菌株是供体？
⑵.从这个实验可以得到什么结论？
答：
（1）一般重组类型占比例比亲本类型少，当检查b+c+时，大部分都是a-d-，因此a-b-c+d-基因型为受体菌。
（2）本实验说明了F因子插入位点位于bc之前，而离ad较远。
12．如果把一个大肠杆菌放在含λ的培养基上它并不裂解，你是否认为这个大肠杆菌是溶原性的？
答：
这个原始大肠杆菌是溶原性的。
因为：
当溶原性的大肠杆菌放入含λ噬菌体的培养基中时，由于大肠杆菌本身存在抗超数感染性质，因此不裂解；另外λ噬菌体是温和性噬菌体，侵染大肠杆菌之后，进入溶原状态，并不马上走裂解途径。
13．Hfrmet+thi+pur+×F-met-thi-pur-杂交。
中断杂交试验表明，met+最后进入受体。
所以只在含thi和pur的培养基上选择met+接合后重组体。
检验这些接合后体存在的thi+和pur+，发现各基因型个体数如下：
met+thi+pur+
280
met+thi+pur-
0
met+thi-pur+
6
met+thi-pur-
52
试问：
（1）选择培养基中为什么不考虑met?
（2）基因次序是什么？
（3）重组单位的图距有多大？
（4）这里为什么不出现基因型met+thi+pur-的个体？
答：
（1）因为met+最后进入受体，易于检测出。
（2）基因次序是thi+pur+met+。
（3）重组单位的图距是：
（4）在三个位点间发生双交换才有可能发生met+thi+pur-的个体，由于中断杂交的时间短或者所筛选的群体小，未能发现该个体。
14．大肠杆菌中3个位点ara、leu和ilvH是在1/2min的图距内，为了确定三者之间的正确顺序及图距，用转导噬菌体P1侵染原养型菌株ara+leu+ilvH+，然后使裂解物侵染营养缺陷型菌株ara-leu-ilvH-，对每个有选择标记基因进行实验，确定其未选择标记基因的频率，获下表结果：
实验
选择的标记基因
未选择的标记基因
1
ara+
60%leu+1%ilvH+
2
ilvH+
5%ara+0%leu+
3
ara+ilvH+
0%leu+
根据上表3个实验结果，试说明：
（1）三个基因间的连锁顺序如何？
（2）这个转导片段的大小。
答：
⑴.三个基因间的连锁顺序：
由实验1可知，ara基因距leu基因近，而距ilvH基因远；由实验2可知，ilvH基因距ara基因近，而距leu基因远；由实验3进一步验证，ilvH基因与ara基因间，无leu基因。
因此三个基因的连锁顺序为：
⑵.这个转导片段的大小：
ilvH基因与ara基因间的并发转导中有1~5％，与leu基因间未发生过转导，因此，这个转导片段的大小是从ilvH位点到ara和leu位点之间。
15．肺炎双球菌中基因型为strSmtl-（mtl+为发酵甘露醇（mannitol）的基因，mtl-不能发酵甘露醇）的细菌在一个试验中由具有strRmtl+的DNA进行转化，在另一个试验中由具有strRmtl-的以及具有strSmtl+的两种DNA混合物进行转化，其结果如下：
供体DNA
转化产生的基因型的百分数
strRmtl-
strSmtl+
strRmtl＋
strRmtl-
4.3
0.40
0.17
StrRmtl-＋strSmtl-
2.8
0.85
0.0066
试问：
（1）上表中第一横行所列结果说明了什么？
为什么？
（2）上表中第二横行所列结果说明了什么？
为什么？
答：
⑴.strRmtl+的比例很小，说明这两个位点的相距较远。
因为，DNA转化只能以小片段的形式进入受体，距离远的两个基因同时位于同一个片段的机会小，并发转化的机会也小。
⑵.两基因位于不同的片段上，并发转化的概率是两个位点单个转化的概率的乘积，因此产生strRmtl+基因型的个体更少，且明显少于共存于同一染色体上的两个位点的共转化。
16．在普遍性转导中，供体大肠杆菌细胞的基因型是trpC+pyrF-trpA-，受体细胞的基因型是trpC-pyrF+trpA+。
由P1噬菌体媒介转导，对trpC+进行选择，用选择的细胞进一步检查其它基因的转导情况，得到以下的结果：
基因型
后代数目
trpC+pyrF-trpA-
274
trpC+pyrF+trpA-
279
trpC+pyrF-trpA+
2
trpC+pyrF+trpA+
46
试问：
（1）这3个基因的次序是什么？
（2）TrpC和pyrF以及trpC和trpA的合转导频率是多少？
（3）假定P1染色体长为10mm，这些基因之间的物理距离是多少？
答：
⑴.这3个基因的次序：
由上表可知，后代数目最少的基因型为trpC+pyrF-trpA+，因为三个基因位点中，只有发生了双交换的频率是最少的，可以推断基因顺序为：
trpCtrpApyrF；
⑵.TrpC和pyrF以及trpC和trpA的合转导频率：
TrpC和pyrF的合转导频率是：
trpC和trpA的合转导频率是：
⑶.假定P1染色体长为10mm，这些基因之间的物理距离：
TrpC和pyrF的物理距离是：
trpC和trpA的物理距离是：
17．大肠杆菌Hfrgal+lac+（A）与F-gal-lac-（B）杂交，A向B转移gal+比较早而且频率高，但是转移lac+迟而且效率低。
菌株B的gal+重组体仍旧是F-。
从菌株A可以分离出一个变体叫做菌株C，菌株C向B转移lac+早而且频率高，但不转移gal+。
在C×B的杂交中，B菌株的lac+重组体一般是F+。
问菌株C的性质是什么？
答：
根据题意可推断，Hfr菌株A是高频同源重组菌株，F因子插入的位置是位于gal+lac+之间，且gal+基因靠近于F因子转移的起点，lac+基因则相反，因此A向转移gal+比较早而且频率高，但是转移lac+迟而且效率低。
由于细菌染色体很长，一般容易中断，很难转移完整的一个F因子，因此，菌株B的gal+重组体仍为F-。
从菌株A的变体菌株C，可推断为，由于lac+基因靠近F因子的另一端，F因子环出时错误地包装了lac+基因而未包裹gal+基因，因此，C×B的杂交中，B菌株的lac+重组体一般是F+。
菌株C向B转移lac+早，而且频率高，但不转移gal+。
18．在大肠杆菌中发现了一个带有麦芽糖酶基因（mal）的F'因子。
将F'mal+引入F-mal-菌株。
这样所产生的细胞多数能转移F'mal+到F-细胞中，偶然有些细胞可以从mal-基因开始把整个细菌染色体转移到F-中。
这些细胞可分为两类：
（a）转移mal+很早，mal-很迟；（b）转移mal-很早，mal+很迟。
画出F'因子与染色体相互作用的图，表明（a）型细胞最大的可能是如何产生的，（b）型细胞又是如何产生的。
答：
有些细胞可以从mal-基因开始把整个细菌染色体转移到F-中，那么这些细胞肯定是Hfr类型，假定F'因子带有A、B、C、D四个区域，转移切口（O）发生在C和D之间，mal+基因位于A与B之间，则（a）型细胞产生最大的可能是：
F'mal+整合在细胞染色体上，位置恰好相邻于mal-基因，而mal+基因紧挨着转移切口位点，而mal-基因则相反，具体见下图。
（b）型细胞产生最大的可能是：
F'mal+先与细胞染色体上的mal-基因发生同源重组，产生F'mal-因子，该因子再与主染色体发生整合，位置同（a），具体过程见下图。
19、E．coliK12中两个菌珠：
甲（A+B+C—D—E—）和乙（A—B—C+D+E+）在完全培养基中混合培养后形成一定频率（10-7）的原养型菌落而且稳定遗传，如何解释？
其它可能性又如何排除？
答：
说明二菌株直接接触后，通过接合作用（偶数交换）而发生了重组。
通过以下实验可排除原养型菌落出现的可能性：
（1）不是回复突变：
分别将二品系接种在MM上不出现原养型菌落；
（2）也不是转化：
U形管试验；
（3）也不是互养：
A＋B＋C－D－E－为T1S，而A－B－C＋D＋E＋是T1r（假定它是合子之家），大量混合接种在CM上，短时间培养后喷上T1，同样有原养型菌落出现。
习题二
一、名词解释
1、菌落：
单个微生物生长繁殖到一定程度可以形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞生长群体.
2、噬菌体:
指侵染细菌、放线菌以及真菌的病毒。
包括温和、烈性两种，单一核酸分子（DNA或RNA）称为基因带或染色体。
3、中断杂交技术：
根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图的技术。
4、重组作图：
指根据基因之间重组率进行基因定位的作图方法。
5、性导：
F-细菌通过获得F′因子而改变遗传性状的过程。
6、F′因子（F′质粒）：
当F因子从主染色体切除出来时，如果不是以原来的位置切除，而是将供体菌（Hfr）的主染色体上的个别基因切除，成为F因子的一部分，这种质粒称F′因子。
7、F′菌株：
含有F′因子的菌株。
8、双重感染（混合感染、复感染）：
是指用两种噬菌体同时感染某一菌株。
9、溶源性细菌：
细菌体内已含有噬菌体，但噬菌体并不裂解细菌的菌株，又称溶源菌。
这种现象称为溶源性。
10、原噬菌体：
溶源性细菌所携带的无感染能力的噬菌体。
有2种存在方式：
一种是游离状态，一种是整合状态。
11、合子诱导：
带有原噬菌体的Hfr菌株与敏感性的F-菌株杂交后，由于噬菌体在受体菌中随即复制，诱导受体菌裂解，这种现象称合子诱导。
12、转导：
以噬菌体作为媒介，把一个细菌（供体）的遗传物质转移到另一细菌（受体），中进行基因重组的过程叫转导。
13、共转导（并发转导）：
两个紧密连锁的基因往往可以一起被转导，这种结合转导现象叫共转导。
14、流产转导：
转导DNA进入受体细胞后，不与受体基因组交换，也不进行DNA复制，稳定独立存在与细胞中。
使后代细胞中只有一个细胞具有转导DNA，其他细胞不含转导DNA，后代细胞发生分离。
15、附加体:
质粒可以独立存在与细胞质中,也可以整合到主染色体上,,成为染色体的一部分,这样的质粒特成为附加体
16、转导噬菌体：
携带了供体DNA（遗传物质）、并且能把它转移到受体中的噬菌体。
二、填空
1、一个噬菌斑通常含有（107——108）个噬菌体。
一个噬菌斑是由
（1）个噬菌体引起的，所以，一个噬菌斑中的噬菌体在遗传上是均一的，相当于一个（克隆）。
2、（温和性噬菌体）侵染细菌后，并不使细菌很快裂解，而是存活或潜伏较长的时期。
而是在（特定）的条件下才使细菌裂解。
如有（紫外线照射或温度）刺激，就可使原来（温和性噬菌体）改变成（烈性噬菌体），使细菌裂解。
3、F因子的结构是由（原点）（可育基因（性伞毛基因群））（复制区DNA复制酶基因）（重组区（插入序列；插入区））组成。
4、Hfr细菌又称（高频重组菌株），其细菌含有（F）因子，并且（F）因子通过交换整合到（主染色体）上，在细菌杂交中相当于（雄）性。
三、选择填空
1、下列（A）因子属于附加体。
AF因子Bcol因子CR因子D分解因子
2、F+与F-杂交，F因子通过（B）进入F-。
A接触B接合管C性伞毛D复制
3、F+与F-杂交，F因子通过（C）复制方式进行复制。
A半保留复制Bδ型复制C滚环式复制Dθ型复制
4、hr+即能感染B和B/2菌株产生（D）的噬菌斑。
A半透明，大B透明，大C半透明，小D透明，小
5、F因子与细菌主染色体交换整合时，F因子IS与主染色体的IS配对，由于主染色体的IS有（D），使主染色体具有了极性。
A1个B2个C5个D多个
三、问答题
1、局限性转导与普遍性转导的异同点？
答：
相同点：
（1）都是以噬菌体为媒介，把共体DNA片段转移到受体中
（2）都可使受体发生遗传性状的改变
不同点：
局限性转导只能转移部分共体DNA片段
普遍性转导能转移所有共体DNA片段进入受体。
2、质粒的性质有哪些？
（1）复制作用：
质粒为分子量较小的环状双链DNA分子，能够自我复制，复制时DNA必须附着于细胞膜上的唯一接触点。
（2）与染色体的结合作用：
质粒可以独立存在于细胞质中，也可以整合到主染色体上，成为染色体的一部分，这样的质粒特称为附加体。
（3）质粒的不配合性：
通常含有相同基因的质粒（具有相当同源性的两个质粒）不能稳定地存在于一个细菌中。
（4）消失作用：
质粒在寄主细胞内，有时会自行消失。
这种现象有时还受环境影响。
吖黄素处理可使F+变成F-
（5）质粒可以在同种个体间移动（F因子），也可以在种间转移（R因子）
（6）每个质粒的结构中都含有与自主复制有关的区域。
可转移的质粒具有与转移有关的基因。
3、说明Hfr与
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